La maggior parte delle persone pensa ai sistemi di azionamento parallelo come a quelli presenti nei robot cartesiani/a portale. Ma i sistemi di azionamento parallelo possono anche essere visti come due o più motori lineari che funzionano in parallelo da un singolo controller di azionamento. Questo include i robot cartesiani/a portale e altre importanti aree del controllo del movimento, come i robot monoasse ad alta e altissima precisione con risoluzione e accuratezza di posizione nell'intervallo subnanometrico-picometrico. Questi sistemi trovano impiego in settori quali l'ottica e i microscopi, la produzione di semiconduttori, le macchine utensili, gli attuatori ad alta forza, le apparecchiature di collaudo dei materiali, le operazioni di pick-and-place, le operazioni di assemblaggio, la movimentazione di macchine utensili e la saldatura ad arco. Nel complesso, esistono applicazioni sia nel mondo micrometrico che submicrometrico.

Problemi di guida parallela
Il problema principale di tutti i sistemi ad azionamento parallelo è l'allineamento ortogonale: la capacità di mantenere l'asse parallelo perpendicolare. Nei sistemi ad azionamento meccanico come vite, cremagliera e pignone, cinghia e catena, il problema principale è il bloccaggio del sistema meccanico dovuto a disallineamenti o tolleranze sovrapposte. Nei sistemi ad azionamento diretto, si aggiunge il problema dell'errore sinusoidale introdotto a causa di errori di installazione e variazioni nei motori lineari.

La pratica più comune per superare questi problemi è quella di pilotare e controllare ciascun lato del sistema parallelo in modo indipendente, sincronizzandoli elettronicamente. Il costo di un sistema di questo tipo è elevato perché richiede il doppio dell'elettronica di azionamento e rilevamento della posizione rispetto a un sistema monoasse. Inoltre, aggiunge errori di sincronizzazione e tracciamento che possono compromettere le prestazioni del sistema.

Ciò che rende possibile collegare in parallelo motori ad albero lineare è un motore altamente reattivo. Il movimento dinamico generato da due motori ad albero lineare identici è lo stesso quando ricevono lo stesso segnale di controllo.

Come in tutti i sistemi ad azionamento parallelo, i motori ad albero lineare devono essere fisicamente accoppiati a un meccanismo che consenta all'asse di muoversi con un solo grado di libertà. Questo fa sì che i motori ad albero lineare paralleli agiscano come un'unica unità, consentendo il funzionamento con un singolo encoder e un singolo servoazionamento. Inoltre, poiché un motore ad albero lineare correttamente installato funziona senza contatto, non può introdurre alcun vincolo meccanico nel sistema.

Queste affermazioni sono vere per qualsiasi motore lineare senza contatto. I motori lineari ad albero differiscono dagli altri motori lineari senza contatto in diversi aspetti che ne consentono l'utilizzo in applicazioni parallele.

Il design del motore ad albero lineare posiziona il magnete permanente al centro del campo elettromagnetico, rendendo il traferro non critico. La bobina circonda completamente il magnete, quindi l'effetto netto del campo magnetico è la forza. Questo elimina virtualmente qualsiasi variazione di forza causata da una differenza nel traferro, sia per disallineamento che per differenze di lavorazione, semplificando l'allineamento e l'installazione del motore.

Tuttavia, l'errore sinusoidale, un problema importante, potrebbe causare differenze di forza in qualsiasi motore lineare senza contatto.

I motori lineari, come i motori ad albero lineare, sono definiti motori sincroni. In effetti, la corrente viene applicata alla bobina per formare un elettromagnete che si sincronizza con il campo magnetico dei magneti permanenti nella pista magnetica. La forza in un motore lineare è generata dall'intensità relativa di questi campi magnetici e dall'angolo del loro disallineamento intenzionale.

In un sistema di azionamento parallelo, tutte le bobine e le piste magnetiche diventano un unico motore quando tutti i loro campi magnetici sono perfettamente allineati. Tuttavia, qualsiasi disallineamento delle bobine o delle piste magnetiche causerà un disallineamento dei campi magnetici, producendo forze diverse in ciascun motore. Questa differenza di forza può, a sua volta, vincolare il sistema. Quindi, l'errore sinusoidale è la differenza di forza prodotta dal disallineamento delle bobine o delle piste magnetiche.

L'errore sinusoidale può essere calcolato con la seguente equazione:

F_differenza=F_generazione× peccato(2πD_differenza/MP_nn)

DoveF_differenza= differenza di forza tra le due bobine,F_generazione= forza generata,D_differenza= lunghezza del disallineamento eMP_nn= passo magnetico nord-nord.

La maggior parte dei motori lineari sul mercato è progettata con un passo magnetico nord-nord compreso tra 25 e 60 mm, con il pretesto di ridurre le perdite di IR e la costante di tempo elettrica. Ad esempio, un disallineamento di appena 1 mm in un motore lineare con un passo magnetico di 30 mmnnil passo produrrà una perdita di potenza di circa il 21%.

Il motore ad albero lineare compensa questa perdita utilizzando un passo magnetico nord-nord molto più lungo che riduce l'effetto dell'errore sinusoidale causato da disallineamenti accidentali. Lo stesso disallineamento di 1 mm in un motore ad albero lineare con passo nn di 90 mm produrrà solo una perdita di potenza del 7%.

Sistemi di azionamento parallelo
Un posizionamento veramente accurato è possibile solo per robot monoasse ad alta e altissima precisione quando il feedback è posizionato direttamente nel baricentro del punto di lavoro. Anche la generazione di forza dal motore dovrebbe concentrarsi esattamente nel baricentro del punto di lavoro. Tuttavia, è in genere impossibile avere motore e feedback esattamente nella stessa posizione!

Posizionando un encoder nel centro di massa e utilizzando motori lineari paralleli equidistanti dal centro di massa si ottiene il feedback desiderato e la generazione di forza nel centro di massa. Questo non è possibile per altri tipi di sistemi di azionamento parallelo che richiedono due set di encoder e servoazionamenti per creare questo tipo di azionamento parallelo.

La soluzione a singolo azionamento/singolo encoder è ideale per applicazioni ad altissima precisione e offre ai costruttori di sistemi a portale un enorme vantaggio. In passato, i sistemi potevano essere dotati di due motori diversi che azionavano viti a sfere separate utilizzando due controller diversi collegati elettronicamente, o persino di due motori lineari con due encoder collegati elettronicamente a due azionamenti. Ora le stesse azioni possono essere eseguite da due motori lineari, un encoder e un amplificatore/driver, a condizione che la rigidità del sistema sia sufficientemente elevata.

Questo è un vantaggio anche per le applicazioni che richiedono forze estremamente elevate. È possibile collegare in parallelo un numero qualsiasi di motori ad albero lineare, sommando così le loro forze.